酿造学讲食品酿造历程的微生物生化机制PPT课件.ppt

第一节食品酿造的历程 1 食品酿造历程的三个阶段 三 产物再平衡 第三阶段 一 大分子物质降解阶段 第一阶段 二 代谢产物形成阶段 第二阶段 2 第二节微生物对酿造变化因素的适应性 一 酿造微生物生态系统定义 生态系统是在一定空间内存在的各种生物体和非生物环境之间的相互依存和相互制约 它们之间进行着能量和物质的交换 成为一个能够自己维持下去的且具有一定独立性的体系 3 二 酿造微生物生态系统的特征 生境大小表面环境营养物的供给酿造微生物在生产环境中的生物量及生长速度酿造微生物群体的相互作用 4 1 生境的大小 定义 生境即生物栖息的场所 料醅的结构性 料醅的结构体的大小 形状 排列和相应的孔隙状态 它决定配料物理性质的好坏 团粒 指的是直径为0 25 10mm的较轻松的多孔性小团粒 团粒特点 结构体内有毛管孔隙 0 1mm 结构之间为大孔隙 而且总孔隙度及毛管孔隙度与非毛孔隙的比例要合适 5 2 表面环境 固体发酵物料提供了丰富的表面环境 它为微生物多样性和代谢多样性提供了前提条件微生物在物质表面形成表面膜的过程 分为3个阶段 1 有机质附着在表面 2 初步的细菌膜附着在表面 3 形成微生物表面膜 6 3 营养物的供给 环境中营养物质的浓度和环境条件的变化 影响酿造微生物生长相应的起伏 营养物化学性质的变化 对微生物群体有着选择的影响 研究方法 微缩研究法 表现 7 4 酿造微生物在生产环境中的生物量及生长速度 微生物比较强的催化能力 微生物在合适环境中的高繁殖率 酿造过程中的影响因素 生物量的计算方法是以细胞数量为基础的 应强调的是 不能单凭数量来估价不同微生物类群的相对重要性 8 5 酿造微生物群体的相互作用 酿造微生物生态系统本身具有一定的反馈调节的机能 使微生物在酿造物料中保持平衡 相互作用 中型关系 协同关系 偏利共生 竞争关系 拮抗作用等 9 三 酿造物料环境中微生物的变化 微生物在整个生物圈中无处不在 任何一撮自然环境中的有机物质都含有很多种微生物 在不同时期 不同环境提供不同微生物类型发展所需的生态环境 10 第三节食品酿造三个阶段的主要生化机制及参与的主要微生物 11 一 大分子物质降解阶段 一 淀粉的降解 二 蛋白质的降解 三 纤维素的降解 四 半纤维素与麦胶物质的降解 五 果胶质的降解 六 木质素及芳香族物质的分解 七 类脂化合物的降解 12 一 淀粉的降解 淀粉 是植物体内最重要的贮藏多糖 用热水处理淀粉时 可溶的一部分为 直链淀粉 另一部分不能溶解的为 支链淀粉 13 1 淀粉的结构 1 直链淀粉 是D 葡萄糖残基以 1 4苷键连接的多苷链 分子量为3 2 104 1 6 105 甚至更大 14 2 支链淀粉 D 葡萄糖以 1 4键成链 卷曲成螺旋 但在分支接点上则为 1 6键连接的多苷链 分支与分支之间间距为11 12个葡萄糖残基 15 支链淀粉 16 1 淀粉的物理性质 2 淀粉的一般性质 17 2 淀粉的化学性质及与碘呈色机制 18 1 淀粉的糊化 定义 淀粉粒在适当温度下 各种来源的淀粉所需温度不同 一般在60 80 在水中溶胀 分裂 形成均匀糊状溶液的作用称为糊化作用 3 淀粉的糊化及老化 糊化的过程 19 定义 糊化后的淀粉凝胶或初步液化后的淀粉酶 如降温至50 以下 产生凝胶脱水作用 即链淀粉重新整齐规则排列 重叠 链之间形成新的氢键结合结构复趋向紧密 此称 淀粉的老化 或称 回生 液化好的糊精液不会再老化 2 淀粉的老化 特点 老化的淀粉不易被淀粉酶水解 不同来源的淀粉老化难易程度不同 20 4 淀粉酶的分类 1 淀粉 1 4 糊精酶 EC3 2 l 1 也称 淀粉酶 2 淀粉 1 4 麦芽糖苷酶 EC3 2 l 2 也称 淀粉酶 3 淀粉 1 4 1 6 葡萄糖苷酶 EC3 2 l 3 也称葡萄糖淀粉酶 淀粉酶或糖化酶 4 淀粉 1 6 糊精酶 EC3 2 l 9 也称异淀粉酶 能分解支链淀粉中 1 6 键 5 转移葡萄糖苷酶 在黑曲霉系中 它的作用是由麦芽糖上水解下来一个分子葡萄糖 又转移给另一个分子作为 受体 的葡萄糖或麦芽糖 如龙胆二糖 1 6键结合 这些低聚糖为发酵性糖 微生物不能利用 6 磷酸脂酶 21 22 产淀粉酶细菌的一些种 5 产淀粉酶的主要微生物 23 重要的形成淀粉酶的霉菌 24 二 蛋白质的降解 1 蛋白质的结构与分类2 氨基酸3 蛋白质水解酶类 25 1 蛋白质的结构与分类 蛋白质是由20种氨基酸为单体构成的高分子化合物 在蛋白质分子中氨基酸以肽键结合 1 蛋白质的结构 26 根据蛋白质的化学组成分类 简单蛋白质 水解产物全属氨基酸没有其它成分 如血清 清蛋白 肌球蛋白等 结合蛋白质 水解产物中除氨基酸以外还有非氨基酸成分 如色素蛋白 糖蛋白 脂蛋白 及磷蛋白等 2 蛋白质的分类 27 根据溶解性质与结构内容混合考虑的分类 简单蛋白质 白蛋白球蛋白醇溶谷蛋白 Prolamines 谷蛋白 Glute1ins 鱼精蛋白 Protaminess 组蛋白 Histoness 硬蛋白 Soleroproteins 角蛋白 Keratins 胶原 Collagens 网硬蛋白 Reticulins 弹性蛋白 Elastin 结合蛋白 Conjugatedrroteius 磷蛋白 PhospHoproteins 粘蛋白 Mucoproteins 糖蛋白 Glycoprotein 核蛋白 Nucleoprotein 脂蛋白 Lipoproteins 和蛋白脂 Ptoteolipids 血红蛋白 Hemoproteins 金属蛋白 MetalloProtcins 黄素蛋白 Flavoproteins 及氮苯蛋白 PyridinoProteins 28 根据蛋白质的分子形状分类 球形蛋白质 分子接近球状或椭圆状 溶解度较好 能结晶 包括大多数蛋白质 纤维状蛋白质 分子形状很不对称 类似细杆或纤维 可分成 可溶性纤维状蛋白质 如肌肉的结构蛋白 血丝蛋白质等等 不溶性纤维状蛋白质 包括胶原 弹性蛋白 用蛋白及丝心蛋白等 29 根据蛋白质按功能的分类 活性蛋白质 ActiveProteins 酶 激素蛋白 运输和贮存蛋白质 运动蛋白 防御蛋白和病毒外壳蛋白 受体蛋白 控制生长与分留的蛋白质 毒蛋白 膜蛋白 非活性蛋白质 Passiveproteins 胶原 角蛋白 弹性蛋白 丝心蛋白 30 3 蛋白质的变性 蛋白质是有生物活性的一类生物高分子 在保存或处理过程中它的生物活性会丧失 此过程叫失活 蛋白质分子在受到一些物理因素 如加热 高压 表面张力 或许多化学试剂 如胍 脲 酸 有机溶解导致失活 31 2 氨基酸 1 氨基酸的结构与分类 蛋白质是由20种氨基酸组成的 这20种氨基酸在蛋白质生物合成中有基因编码 故又称为编码氨基酸 32 每种氨基酸分子都有一个氨基 NH2 一个氢原子 H 和一个羧基 COOH 连接在同一个碳原子上 R基不同 氨基酸的种类不同 33 2 氨基酸在酿造食品中的作用 氨基酸的营养作用 氨基酸的调味作用 风味的前体物质之一 34 3 蛋白质水解酶类 定义 蛋白质酶是水解蛋白质肽键的一类酶的总称 分类 按照水解肽的方式可分为内肽酶和端肽酶两类 内肽酶 能切开大分子多肽的内部肽键 生成分子量较小的肽 胨等产物 端肽酶 又称外肽酶 是从肽链两端开始水解肽键 又可分为两类 一类是以肽链氨基末端开始水解肽键的氨基肽酶 一类是以肽链羧基末端开始水解肽键的羧基肽酶 在外肽酶作用下得到的是单个的氨基酸 35 目前蛋白酶的分类以最适pH为标准进行分类 1 酸性蛋白酶 2 中性蛋白酶 3 碱性蛋白酶 36 1 酸性蛋白酶 作用的最适pH值2 5 都是由真菌产生 一般在pH7 40 下处理30min立即失去活性 37 2019 12 31 38 2 中性蛋白酶 大多数微生物中性蛋白酶是金属酶 代表性的中性蛋白酶是枯草杆菌中性蛋白酶 一般中性蛋白酶的热稳定性差 枯草杆菌中性蛋白酶在pH7 60 下处理10min立即失活90 39 3 碱性蛋白酶 作用的最适pH值9 11 碱性蛋白酶是商品蛋白酶中产量最大的一类蛋白酶 占蛋白酶总量的70 碱性蛋白酶的作用要求位置在水解的羧基侧具有芳香或疏水性氨基酸 40 各种蛋白水解酶 内肽酶 及它们的专一性 41 42 重要的形成蛋白酶的细菌种类 43 重要的产蛋白酶真菌 44 三 纤维素的降解 定义 纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的一类酶的总称 纤维素是自然界分布最广 含量最多的一种多糖 纯的纤维素是 D 葡萄糖以 1 4 糖苷键连接而成的直链分子 45 纤维素酶的分类 纤维素水解酶系包括许多不同的酶 统称纤维素酶 分为三群 C1酶 水解未经降解的纤维素 对部分降解的多糖或寡糖很少作用或没有作用 a 1 4萄萄糖酶又称Cx酶 它不能水解天然纤维素 只能切割部分降解的多糖 也作用于寡糖分子如纤维四糖 葡萄糖苷酶 水解纤维二糖 纤维三糖及低分子寡糖成葡萄糖 46 一些纤维素降解菌 细菌及真菌 47 四 半纤维素与麦胶物质的降解 半纤维素与麦胶物质是胚乳细胞壁的构成物 半纤维素还以 葡聚糖及少量的糖醛酸的形式存在干谷皮中 而胚乳半纤维素主要含有 葡聚糖及少量戊聚糖 不含糖醛酸 半纤维素分解酶包括一系列 葡聚糖和戊聚糖的酶 48 某些半纤维素分解酶的分类 49 分解半纤维素的主要微生物 50 五 果胶质的降解 果胶酶为三类 1 果胶酯酶 2 果胶水解酶 有两种类型A如果分解果胶质比果胶酸快 称为聚甲基半乳糖醛酸酶 B如果水解果胶酸比果胶质快 称为聚半乳糖醛酸酶 3 果胶裂解酶 A分解果胶比果胶酸快的称为果胶裂解酶 B分解果胶酸比果胶快的称为果胶酸裂解酶 51 六 木质素及芳香族物质的分解 七 类脂化合物的降解 52 二 代谢产物形成阶段 定义 有微生物在好氧及厌氧 高温或低温条件下 在前期或后期将原料降解成产物的同时记忆不转化 形成各种代谢产物的过程 53 形成的代谢产物 一 有机酸类 二 醇类 三 酯类 四 醛类 五 芳香族化合物 六 脂肪酸 七 氨基酸 八 核苷酸 54 一 有机酸类 1 甲酸 HCOOH 2 醋酸 CH3COOH 3 丙酸4 乳酸5 葡萄糖酸 CH2OH CHOH 4COOH 6 丁酸 CH3CH2CH2COOH 7 7 戊酸 CH3 CH2 3COOH 8 其它有机酸类 55 C6H12O6 葡萄糖 EMP通路2H2CH3COCOOH 丙酮酸 2H CO2 CH3CHOH COCH3CH3 CHOH CHOH CH3CO2HCOOH 2 3丁二醇 甲酸 甲酸及2 3 丁二醇形成概貌 1 甲酸 HCOOH 56 6 磷酸葡萄糖 6 磷酸果糖 1 6 二磷酸果糖 3 磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 2 1 3 二磷酸甘油酸 2 3 磷酸甘油酸 2 2 磷酸甘油酸 2 磷酸烯醇丙酮酸 2 丙酮酸 第一阶段 第二阶段 第三阶段 葡萄糖 葡萄糖的磷酸化 磷酸己糖的裂解 丙酮酸和ATP的生成 57 EMP途径化学计量和生物学意义 总反应式 C6H12O6 2NAD 2ADP 2Pi 2C3H4O3 2NADH 2H 2ATP 2H2O 生物学意义 是葡萄糖通过糖酵解 生物体获得生命活动所需要的能量 形成多种重要的中间产物 为氨基酸 脂类合成提供碳骨架 为糖异生提供基本途径 58 2 醋酸 CH3COOH 1 在醋酸杆菌的代谢中按照下列通式由乙醇氧化产生醋酸CH3CH2OH O2CH3COOH H2O 4 67KJ热量 2 短乳酸菌的异型乳酸发酵产生醋酸 3 双岐乳杆菌的乳酸发酵中产生醋酸2C6H12O6 5ADP2CH3CHOH COOH CH3COOH 5ATP葡萄糖乳酸醋酸 59 乙酸 60 3 醋酸 61 3 丙酸 CH3COOH 丙酸是一种重要的产生口味的成分 形成过程 3葡萄糖 丙酮酸 丙酮酸 丙酸 醋酸 62 4 乳酸 乳酸发酵从它的生化机制上可以分为两类 1 正型乳酸发酵C6H12O6 2ADP2CH3CHOCOOH 2ATP 2 异型乳酸发酵C6H12O6 2ADPCH3CHOH COOH CH3CH2OH CO2 ATP有一些微生物也可以分解其它有机酸为乳酸如许多种细菌 其中也包括乳酸菌也能将苹果酸分解为乳酸和CO2等 63 葡萄糖2ATP2ADP1 6二磷酸果糖3磷酸甘油醛磷二羟丙酮2NAD2NADH22 1 3二磷酸甘油酸4ADP4ATP2 丙酮酸2ATP2 乳酸图2 9HDP EMP 途径 64 葡萄糖ATPADP6 磷酸葡萄糖2NAD CO22NADH25 磷酸木酮糖3 磷酸甘油醛已酰磷酸COAPi丙酮酸已酰C0ANADH2COANAD 乳酸乙醛NADH2NAD 乙醇明串珠菌的异型乳酸发酵降解葡萄糖过程 65 二 醇类 1 甲醇 CH3OH 2 乙醇 CH3CH2OH 3 甘油 CH3OH CHOH CH2OH 4 2 3丁二醇 CH3OH CHOH CHOH CH3 5 双乙酰 CH3 CO CO CH3 6 丙酮 CH3COCH3 丁醇 CH3CH2CH2CH2OH 异丙醇 CH3CHCOHCH3 等高级醇 66 1 甲醇 CH3OH 食醋中含有甲醇 一般认为甲醇来自果胶质 黑曲霉往往具有果胶酶 可将果胶分解为果胶酸及甲醇 其反应式如下 RCOOCH3 n H2O RC00H n十nCH3OH果胶质果胶酸甲醇过熟或腐败的水果 薯类以及野生植物 如椽子 果胶质含量较高 用来酒精发酵时往往产生甲醇较多 67 1 以发酵法经过EMP通路得到乙醇过程如下 C6H12O6 葡萄糖 EMP通路2CH3COCOOH 丙酮酸 TPP 焦磷酸硫氨素 2CH3COCOOH TPP 活性丙酮酸 丙酮酸脱梭酶2CO22CH3CHO TPPTPP2CH3CHO乙醇脱梭酶NADH H NAD 2CH3CH2OH 乙醇 2 乙醇发酵 68 2 通过单磷酸己糖通路得到乙醇的过程 葡萄糖ATPADP葡萄糖 6 磷酸NADP NADPH H 2H6 磷酸葡萄糖酸H2O2 氧 3 脱氧 6